裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)研究綜述

崔洪軍， 朱嘉鋒， 姚勝， 朱敏清

(1.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院， 天津 300401； 2.河北工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 天津 300130)

裝配式建筑于20世紀(jì)迅速發(fā)展起來(lái)，在20世紀(jì)90年代，美國(guó)和日本聯(lián)合發(fā)起了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究項(xiàng)目——預(yù)制抗震結(jié)構(gòu)體系(precast seismic structural system，PRESSS)，很大地推動(dòng)了預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用[1]，而德國(guó)創(chuàng)新性地將裝配式建筑與節(jié)能聯(lián)系起來(lái)，為后來(lái)的研究提供了巨大的參考價(jià)值[2]。由于受質(zhì)量低、保溫防水效果差以及震害大等原因影響，中國(guó)裝配式建筑發(fā)展相對(duì)緩慢，進(jìn)入21世紀(jì)后在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重新提出了建筑工業(yè)化理念并出臺(tái)了相應(yīng)的支持政策[3]。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由預(yù)制混凝土構(gòu)件拼裝而成，其預(yù)制構(gòu)件和門窗等在工廠就可以進(jìn)行加工，然后再現(xiàn)場(chǎng)吊裝，因此可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，減少物料損耗和施工時(shí)的勞動(dòng)時(shí)間，節(jié)約施工成本和減少對(duì)周圍環(huán)境的影響[2，4]。框架節(jié)點(diǎn)是指框架梁柱重疊區(qū)域，是結(jié)構(gòu)受力的主要部位，梁柱節(jié)點(diǎn)承受柱和梁傳遞來(lái)的各種力，受力十分復(fù)雜，而裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件在此拼接，因此常常會(huì)受到施工和連接方式的影響成為薄弱環(huán)節(jié)。中國(guó)是地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，一次地震甚至一次中等大小的地震所造成的損失都可能非常大[5]，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)又是中國(guó)工業(yè)和民用建筑比較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，因此必須加強(qiáng)框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式的設(shè)計(jì)與研究，確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠[6]。2020年，阿熱帕提·艾斯凱爾等[1]概括了構(gòu)件連接方式，介紹了新型預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的連接方法，為未來(lái)的研究提供了方向；歐衛(wèi)星等[6]對(duì)裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，給出了節(jié)點(diǎn)類型的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)有綜述大部分以總結(jié)連接方式、畫(huà)示意圖并提出優(yōu)缺點(diǎn)為主，很少將其與國(guó)外發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)的分析對(duì)比。

現(xiàn)針對(duì)裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的研究，運(yùn)用CITESPACE可視化分析軟件對(duì)中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)和Web of Science(WoS)數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，總結(jié)其研究現(xiàn)狀，以期為今后相關(guān)領(lǐng)域研究提供參考。

1 可視化文獻(xiàn)分析

1.1 樣本提取

針對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)和WoS數(shù)據(jù)庫(kù)分別進(jìn)行不同年限的搜索。

首先選取CNKI收錄的核心期刊文獻(xiàn)，設(shè)置檢索時(shí)間為2011年1月—2021年12月，以裝配式節(jié)點(diǎn)為主題搜索，共有191篇中文文獻(xiàn)，去除與裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)9篇，最終得到了182篇有效文獻(xiàn)，運(yùn)用CITESPACE進(jìn)行科學(xué)知識(shí)圖譜分析，設(shè)置時(shí)區(qū)分割為1年，如圖1所示。

圖1 中國(guó)知網(wǎng)發(fā)文量年度趨勢(shì)Fig.1 Annual trend of the published papers on CNKI

20世紀(jì)80年代前后，裝配式建筑在國(guó)外得到大力發(fā)展，因此選取WoS核心合集1991年至今的全部文獻(xiàn)。以Assembled和Joint為主題分別進(jìn)行基本檢索，隨后在高級(jí)檢索中對(duì)這兩次檢所記錄進(jìn)行“AND”組合，共搜索出3 985篇文獻(xiàn)，發(fā)文量年度趨勢(shì)如圖2所示，然后進(jìn)行CITESPACE軟件分析。

圖2 WoS發(fā)文量年度趨勢(shì)Fig.2 Annual trend of the published papers on WoS

圓圈大小代表發(fā)文數(shù)量，不同顏色代表不同年份圖3 裝配式節(jié)點(diǎn)主要研究國(guó)家發(fā)文量及其合作網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Number of articles published by the main research countries on the assembled building joints and countries’ cooperation networks

通過(guò)圖2可得，國(guó)內(nèi)外相關(guān)發(fā)文量總體呈上升趨勢(shì)，尤其國(guó)外期刊，在2015年后的發(fā)文量一直處于高速上升狀態(tài)。

1.2 研究所屬國(guó)家分析

將WoS數(shù)據(jù)庫(kù)核心合集樣本數(shù)載入CITESPACE軟件進(jìn)行可視化分析，得到如圖3所示的研究國(guó)家分布圖譜，共生成知識(shí)節(jié)點(diǎn)99個(gè)，連接線556條?？梢钥闯?，中心性排在前三的分別是美國(guó)、法國(guó)和中國(guó)，但根據(jù)發(fā)文量排名，美國(guó)位列第一，中國(guó)緊隨其后，德國(guó)居于第三，詳細(xì)的國(guó)家發(fā)文量和中心性信息如表1所示。

表1 中心性排名前五的國(guó)家及其發(fā)文量

1.3 研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析

將中國(guó)知網(wǎng)CNKI與WoS核心合集樣本數(shù)分別載入CITESPACE軟件，針對(duì)研究機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行可視化分析。

由對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)的研究機(jī)構(gòu)參數(shù)可視化分析結(jié)果可以得出發(fā)文量最多的為東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，發(fā)文數(shù)量達(dá)到了17篇，其次為中南大學(xué)土木工程學(xué)院和北京工業(yè)大學(xué)北京市高層和大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，發(fā)文數(shù)量是15篇，其余研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量(10篇以上)如表2所示。

表2 2011—2021年研究發(fā)文量前16位機(jī)構(gòu)

針對(duì)WoS數(shù)據(jù)庫(kù)的分析結(jié)果顯示，發(fā)文量排在前5名的機(jī)構(gòu)全部在中國(guó)國(guó)內(nèi)，其中3所機(jī)構(gòu)位于北京，分別是北京科技大學(xué)、北京未來(lái)城市設(shè)計(jì)先進(jìn)創(chuàng)新中心和北京交通大學(xué)，且3所機(jī)構(gòu)之間連線緊密，聯(lián)合研究較多，其余兩所是同濟(jì)大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)。在這5所機(jī)構(gòu)之中，同濟(jì)大學(xué)的中心性最高，參考價(jià)值更為可靠。

綜上可以看出，在國(guó)內(nèi)研究的佼佼者中，東南大學(xué)及北京工業(yè)大學(xué)在國(guó)內(nèi)期刊發(fā)文量較多，而同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)和北京交通大學(xué)更傾向于在國(guó)外期刊發(fā)表論文。

1.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

將CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)和WoS數(shù)據(jù)庫(kù)樣本導(dǎo)入CITESPACE進(jìn)行關(guān)鍵詞的可視化分析，即可得出一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

將CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)載入CITESPACE中選擇關(guān)鍵詞進(jìn)行可視化分析，得到的關(guān)鍵詞圖譜中共生成了194個(gè)主題節(jié)點(diǎn)和535條連接線。關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)和節(jié)點(diǎn)的大小成正比，節(jié)點(diǎn)越大，表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)的次數(shù)越多，在此段時(shí)間內(nèi)的熱度越高。從節(jié)點(diǎn)的大小可以看出，抗震性能、裝配式、裝配式節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)、自復(fù)位、擬靜力試驗(yàn)、預(yù)制裝配式、數(shù)值模擬、框架結(jié)構(gòu)、框架節(jié)點(diǎn)、滯回曲線等關(guān)鍵詞直徑較大，出現(xiàn)頻率較高，映現(xiàn)了在2011—2021年這10年間，這些關(guān)鍵詞是這個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

將WoS數(shù)據(jù)庫(kù)樣本載入CITESPACE中選擇關(guān)鍵詞參數(shù)進(jìn)行分析，篩選出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞，得到如圖4所示的關(guān)鍵詞圖譜，共生成了633個(gè)主題節(jié)點(diǎn)，2 866條連接線。從節(jié)點(diǎn)大小可以看出，各國(guó)在beha-vior、performance、joint、design、model、strength和mechanical等方面的研究較多，各研究之間聯(lián)系較為密切。

圖4 WoS數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析Fig.4 Keywords co-occurrence analysis of WoS data

從CNKI Timeline圖分析，如圖5所示，在2011—2013年，承載力、剪力墻、擬靜力試驗(yàn)和裝配式的研究較多。在2013—2016年，關(guān)于框架結(jié)構(gòu)、鋼材料的使用、荷載試驗(yàn)、連接性能和預(yù)應(yīng)力方面的研究逐漸增多，而且部分節(jié)點(diǎn)之間連線豐富，說(shuō)明各研究熱點(diǎn)之間存在緊密聯(lián)系。在2016—2019年，節(jié)點(diǎn)的連接方式及抗震性能、試驗(yàn)研究、數(shù)值分析、梁柱節(jié)點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)等方面的研究較多，且也與之前的研究交叉頻繁，標(biāo)志著該領(lǐng)域形成的框架逐漸完善。2019年后，關(guān)于復(fù)式節(jié)點(diǎn)等新型節(jié)點(diǎn)的研究逐漸增多。

圖5 2011—2021年裝配式領(lǐng)域的Timeline圖(CNKI)Fig.5 Timeline diagram of the assembled field from 2011 to 2021(CNKI)

從WoS Timeline圖(圖6)中(關(guān)鍵詞只選擇了前8位)，可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)時(shí)間段的研究熱點(diǎn)。2004—2010年，連接節(jié)點(diǎn)相關(guān)的研究較為廣泛，圖中直徑較大的節(jié)點(diǎn)為connection、design、behavior和joint等方面的研究；而在2010—2016年，關(guān)于抗震方面的研究逐漸增多，其中performance成為一大熱點(diǎn)，其次還有frame、seismic performance、strength和column等方面的研究，并且從圖6中可以看出，這些領(lǐng)域之間的聯(lián)系已經(jīng)很密切；2016年至今，研究重點(diǎn)傾向earthquake-resilient、test和seismic behavior。

圖6 2004—2021年裝配式領(lǐng)域的Timeline圖(WoS)Fig.6 Timeline diagram of the assembled field from 2004 to 2021(WoS)

綜上可以看出，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，抗震性能是裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的研究重點(diǎn)，鋼作為一種新型材料也逐漸被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

2 研究?jī)?nèi)容分析

2.1 裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)形式

根據(jù)澆混凝土的施工方法，裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)可分為兩大類：干式連接和濕式連接。干式連接是在構(gòu)件從工廠運(yùn)到施工場(chǎng)地后，通過(guò)螺栓連接或者焊接連接進(jìn)行組裝，無(wú)需澆筑；而與之相反的濕式連接，則是將運(yùn)輸來(lái)的構(gòu)件通過(guò)澆筑節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。目前，常用干式連接的具體形式主要包括螺栓連接、后張拉預(yù)應(yīng)力連接、鍵槽連接、牛腿連接、鋼吊架式連接以及焊接連接等；濕式連接的具體形式包括現(xiàn)澆帶連接、灌漿套筒連接、環(huán)筋扣合錨接搭接和預(yù)留孔漿錨搭接等[6,8]。常見(jiàn)裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)及特征如表3所示。

表3 裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)形式

鋼結(jié)構(gòu)建筑作為天然的裝配式建筑，有著自重輕、延展性好等得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外逐漸得到廣泛應(yīng)用，其框架節(jié)點(diǎn)形式大致分為3類：剛性連接、半剛性連接和鉸接，連接方式則主要有3種：全焊、栓焊混合和全螺栓。具體特征如表4所示。

表4 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)具體特征

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單純的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)由于自身缺點(diǎn)的限制逐漸不能滿足社會(huì)需求，于是部分包覆鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(partially encased composite structures of steel and concrete，PEC)得到了青睞。PEC結(jié)構(gòu)不僅有著預(yù)制率高、裝配率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)相對(duì)于純鋼結(jié)構(gòu)，也有著更大的剛度、更高的承載力和更好的防火性能，其拼接節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)則是由PEC鋼骨施工技術(shù)、PEC構(gòu)件后澆節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)組成[18]。PEC構(gòu)件既可形成單一的PEC框架結(jié)構(gòu)，也可與其他類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同使用。

2.2 節(jié)點(diǎn)受力與抗震性能

裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的受力性能和連接方式對(duì)建筑的抗震要求和安全可靠性起著極為重要的作用，因此眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究來(lái)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的承載能力與抗震性能，一般圍繞節(jié)點(diǎn)的連接方式、消能減震性能等方面展開(kāi)研究。

Irtem等[19]、Girgin等[20]、Ertas等[21]著重研究了節(jié)點(diǎn)的連接形式。Irtem等[19]就螺栓連接進(jìn)行了試驗(yàn)，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了參數(shù)分析，研究了剛接、鉸接以及彈性連接對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。Girgin等[20]對(duì)焊接連接形式進(jìn)行了研究，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出其在強(qiáng)度、剛度和耗能方面具有良好的特性。Ertas等[21]則對(duì)牛腿搭接連接進(jìn)行試驗(yàn)，證明了其良好的抗震性能，并對(duì)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)、螺栓連接節(jié)點(diǎn)及焊接連接進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)采用改進(jìn)螺栓連接的節(jié)點(diǎn)抗震性能與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相似，在強(qiáng)度、剛度、延性等抗震性能方面均優(yōu)于其他節(jié)點(diǎn)；然而隨著社會(huì)的發(fā)展，相關(guān)研究由“抵抗”地震轉(zhuǎn)變?yōu)椤暗挚埂迸c“緩沖”相結(jié)合的方法，因此，對(duì)消能減震的研究也應(yīng)運(yùn)而生。謝魯齊等[22]提出了一種新型的連接節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，研究了節(jié)點(diǎn)的能耗狀態(tài)、破壞形態(tài)以及震后修復(fù)工作，證明了節(jié)點(diǎn)的安全性。吳從曉等[23]則提出了一種新型節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)低周反復(fù)加載試驗(yàn)研究其抗震性能和破壞特征，結(jié)果表明消能減震節(jié)點(diǎn)的抗震性能和延性較普通型節(jié)點(diǎn)有所提高，且該節(jié)點(diǎn)耗能能力顯著增加，為普通預(yù)制節(jié)點(diǎn)的2倍。除此之外，裝配式建筑可拆卸構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)也逐漸體現(xiàn)出來(lái)，陳俊等[24]通過(guò)對(duì)4根可拆卸預(yù)制裝配式組合梁的研究，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行局部脫黏處理的連接件在對(duì)剛度、極限承載力影響較小的情況下，可以延緩裂縫的發(fā)展并延長(zhǎng)其使用壽命。

2.3 自復(fù)位結(jié)構(gòu)

裝配式結(jié)構(gòu)震后變形較大，修復(fù)成本比較高，因此，一種被稱為自復(fù)位的結(jié)構(gòu)在20世紀(jì)90年代被提出來(lái)，它可通過(guò)自復(fù)位能力減少殘余變形進(jìn)而間接地降低修復(fù)成本。馮世強(qiáng)等[25]提出了一種新的自復(fù)位結(jié)構(gòu)并進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)試件耗能顯著增加，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)震后可恢復(fù)功能，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供了有效的思路。陳云等[26]也提出了一種新的自復(fù)位搖擺鋼框架結(jié)構(gòu)，并用ABAQUS軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究結(jié)果表明該框架具有良好的自復(fù)位能力。楊浦等[27]對(duì)一種帶鋼套靴的自復(fù)位鋼筋混凝土(reinforce concrete，RC)框架柱腳進(jìn)行研究，并用OpenSEES進(jìn)行模擬驗(yàn)證有限元的有效性，得出了影響自復(fù)位柱腳屈服強(qiáng)度和其耗能能力的原因。Veismoradi等[28]創(chuàng)新地提出了利用彈性滑動(dòng)摩擦接頭提高抗震性能的自復(fù)位結(jié)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，得出了該結(jié)構(gòu)具有良好的強(qiáng)度、剛度和消能減震的效果，并可以很好地降低殘余變形。

2.4 裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)計(jì)算

2.4.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土仍然占據(jù)主要部分，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)和接縫的正截面受彎、受壓和受拉承載力進(jìn)行計(jì)算(必要時(shí)應(yīng)考慮二階效應(yīng))，除此之外，還需要滿足其受剪承載力的持久設(shè)計(jì)、地震設(shè)計(jì)以及梁柱加密區(qū)的規(guī)定。在進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)進(jìn)行彈性分析或彈塑性分析，根據(jù)模擬或?qū)嶒?yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)[29]。

2.4.2 鋼結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)框架節(jié)點(diǎn)會(huì)按照剛接或鉸接的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，但實(shí)際節(jié)點(diǎn)應(yīng)為半剛性連接[30]。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，不同形狀、結(jié)構(gòu)和連接方式在取值和構(gòu)造要求方面會(huì)有不同，不過(guò)大多都是先根據(jù)節(jié)點(diǎn)域的受剪正則化寬厚比和軸壓比來(lái)確定受剪強(qiáng)度，然后再進(jìn)行承載力驗(yàn)算[31]。

3 研究方法分類

3.1 試驗(yàn)方法

為了測(cè)得混凝土的各項(xiàng)抗震性能指標(biāo)，許多試驗(yàn)方法都被應(yīng)用起來(lái)，例如低周反復(fù)荷載試驗(yàn)(又稱擬靜力試驗(yàn))、擬動(dòng)力試驗(yàn)和地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[32]。

擬靜力試驗(yàn)是用來(lái)測(cè)混凝土(或復(fù)合)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗震性能最廣泛的試驗(yàn)，其操作方便，結(jié)果精確。擬靜力試驗(yàn)中通常對(duì)破壞形態(tài)、滯回曲線、承載能力和剛度退化進(jìn)行分析。孫志誠(chéng)等[33]對(duì)1/4縮尺平面框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，對(duì)其破壞形態(tài)以及抗震和延性等性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)延性性能隨鋼筋強(qiáng)度的增加而下降，鋼筋強(qiáng)度低的柱以彎曲破壞為主，強(qiáng)度高的以剪切破壞為主，并引入鋼筋與混凝土的匹配度系數(shù)α作為鋼筋與混凝土匹配問(wèn)題的參考依據(jù)。張微敬等[34]、趙德鵬等[35]、嚴(yán)加寶等[36]、丁克偉等[37]則對(duì)試件的位移角進(jìn)行分析來(lái)判斷其變形能力；牟在根等[38]、鄧明科等[39]則通過(guò)試驗(yàn)分析推得新結(jié)構(gòu)的承載力計(jì)算公式。擬靜力試驗(yàn)雖然已得到廣泛應(yīng)用，但其只適用于設(shè)計(jì)加速度較小、動(dòng)力相互作用不甚突出的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，不能用于地震時(shí)土體剛度有明顯降低或者產(chǎn)生液化的場(chǎng)合。

擬動(dòng)力試驗(yàn)是由日本學(xué)者首次提出的一種將計(jì)算機(jī)與試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)加載的方法，它擁有其他兩種試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，卻極易受到誤差擴(kuò)大化的影響而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確[40]，其發(fā)展主要表現(xiàn)在子結(jié)構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)、數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展以及快速擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的提出。郭玉榮等[41-42]提出了以 ABAQUS 為核心的子結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)方法，以及以O(shè)penSEES為核心，針對(duì)框架結(jié)構(gòu)體系取復(fù)雜子結(jié)構(gòu)的擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的研究；王濤等[43]、薛建陽(yáng)等[44]和Benedetto等[45]則是運(yùn)用擬動(dòng)力試驗(yàn)來(lái)研究鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的最大層間位移角和滯回耗能性能等，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。雖然擬動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)芨M(jìn)一步模擬真實(shí)地震狀況，但此方法仍有人為規(guī)定阻尼矩陣以及簡(jiǎn)化分布力的缺點(diǎn)，并不能完全模擬地震荷載。

作為開(kāi)展抗震研究的重要設(shè)備，地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速，中國(guó)相對(duì)研究較晚，于20世紀(jì)60年代建造出第一臺(tái)振動(dòng)臺(tái)。此后，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和研究需要，振動(dòng)臺(tái)的建設(shè)工作也得到了重視，至今，中國(guó)已擁有振動(dòng)臺(tái)50多臺(tái)，其振動(dòng)方向也由單向振動(dòng)向多向多自由度發(fā)展。結(jié)合異型結(jié)構(gòu)、數(shù)字化和模擬控制，地震模擬振動(dòng)臺(tái)也向大型化、臺(tái)陣化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展[46]。張同億等[47]介紹了國(guó)內(nèi)外大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)及其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)其計(jì)算分析方法、控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比研究，并從參數(shù)取值、設(shè)計(jì)方法、控制指標(biāo)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幾方面提出建議。紀(jì)金豹等[48]結(jié)合了國(guó)內(nèi)外建造案例，歸納了方法的適用性并總結(jié)了施工建造過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，給出了解決方案。黃影等[49]引入ABAQUS對(duì)北京建筑大學(xué)在建的地震模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力性能分析，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了其精度。劉祖強(qiáng)等[50]針對(duì)型鋼混凝土異形柱框架，通過(guò)1/4縮尺模型地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)T形邊柱和邊框架梁受力更加不利。雖然地震模擬振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)有很多優(yōu)點(diǎn)，但其成本高、過(guò)程復(fù)雜，試驗(yàn)欠質(zhì)量失真以及模型的相似率低等問(wèn)題也亟待解決。

3.2 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬促進(jìn)了試驗(yàn)的發(fā)展，對(duì)試驗(yàn)方案的科學(xué)制定、試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)點(diǎn)的最佳位置、儀表量程等的確定提供更可靠的理論指導(dǎo)；此外試驗(yàn)成本較高，不確定因素多，易發(fā)生不可預(yù)料的危險(xiǎn)，數(shù)值模擬則在這方面體現(xiàn)了自身極大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)常用模擬軟件分為以下幾類。

3.2.1 ABAQUS

ABAQUS是一款強(qiáng)大的工程模擬有限元軟件，可以解決許多線性、非線性問(wèn)題。張艷霞等[51]利用有限元軟件ABAQUS對(duì)4個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)有限元模擬的各項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，證實(shí)了有限元模擬方法是可行的。吳成龍等[52]同樣用有限元軟件ABAQUS對(duì)一種干式連接的新型預(yù)制裝配式型鋼混凝土組合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了非線性靜力分析，以模擬結(jié)果為依據(jù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正并驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。王騰輝等[53]利用ABAQUS進(jìn)行建模分析，研究了鋼筋直徑、灌漿飽滿度以及錨固端鋼筋偏心對(duì)構(gòu)件的影響，發(fā)現(xiàn)半灌漿套筒連接件的屈服強(qiáng)度以及套筒壁應(yīng)變與鋼筋直徑成正相關(guān)；而灌漿料飽和度與最大荷載的鋼筋伸長(zhǎng)率，鋼筋垂直偏心距與試件強(qiáng)度之間分別呈負(fù)相關(guān)。ABAQUS強(qiáng)大的非線性分析能力使其在節(jié)點(diǎn)抗震領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，軟件內(nèi)置的混凝土損傷塑性模型在模擬中也具有很大優(yōu)勢(shì)。

3.2.2 ANSYS

ANSYS作為融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的有限元分析軟件，功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單。王飛等[54]運(yùn)用ANSYS對(duì)鋼管-焊接空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，研究了鋼材性能與溫度的關(guān)系，采用生死單元技術(shù)對(duì)焊接過(guò)程中加熱及冷卻溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，得出焊縫在不同時(shí)間段的焊接溫度分布，驗(yàn)證了ANSYS模擬焊接連接的可行性，提出了減小殘余應(yīng)力的措施。賀鵬飛等[55]對(duì)連柱焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元模擬，開(kāi)展了應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)與損傷累積效應(yīng)的耦合分析，驗(yàn)證了考慮損傷演化動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系的Popov 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為工程加固提供可靠依?jù)。

3.2.3 OpenSEES

OpenSEES得益于材料庫(kù)豐富、精度高、便于改進(jìn)以及易于協(xié)同開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)、橋梁和巖土領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。許成祥等[56-57]基于OpenSEES平臺(tái)建立鋼管混凝土柱-鋼梁錯(cuò)層節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土柱-不等高鋼梁框架節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模型，研究了軸壓比、鋼材強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩種節(jié)點(diǎn)共同結(jié)論是：適當(dāng)提高鋼材強(qiáng)度可以有效增加結(jié)構(gòu)承載力和延性；在某一范圍內(nèi)，軸壓比與節(jié)點(diǎn)承載力呈負(fù)相關(guān)狀態(tài)。趙雯桐等[58]基于OpenSEES，采用較為精細(xì)的“超級(jí)節(jié)點(diǎn)單元模型”模擬節(jié)點(diǎn)非彈性反應(yīng)，以典型平面框架結(jié)構(gòu)為例分別建立考慮節(jié)點(diǎn)非彈性變形、不考慮節(jié)點(diǎn)變形的有限元模型，發(fā)現(xiàn)考慮節(jié)點(diǎn)非彈性，框架頂點(diǎn)位移最大值變化不明顯，層間位移角最大值略有減小；框架桿端出鉸率減小，梁端、柱端的轉(zhuǎn)角延性系數(shù)總體上減小。

3.2.4 ADINA

ADINA是近年來(lái)發(fā)展最快的有限元非線性求解軟件，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。劉陽(yáng)等[59]通過(guò)將核心型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的有限元模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果吻合良好，并得出了核心型鋼在節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固面積與試件強(qiáng)度和變形能力成正相關(guān)的結(jié)論。王元清等[60]利用ANIDA對(duì)空間管節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，依據(jù)大量算例數(shù)據(jù)，擬合出節(jié)點(diǎn)在軸心受力和平面外受彎兩種荷載條件下的極限承載力公式，并在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用，取得良好效果。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)CITESPACE軟件對(duì)中國(guó)知網(wǎng)CNKI與WoS核心合集中的裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下。

(1)中國(guó)對(duì)裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的研究逐漸深入，發(fā)文量總體呈上升趨勢(shì)，處于世界前列，東南大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)研究較多，發(fā)文的質(zhì)量也較高，研究?jī)?nèi)容從最初的裝配式節(jié)點(diǎn)等逐步延伸到新型節(jié)點(diǎn)形式、異形連接件以及自復(fù)位結(jié)構(gòu)等，其中研究以試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法為主，研究框架逐漸完善。

(2)目前常用的裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)主要有牛腿連接、焊接連接、螺栓連接、企口連接等干式連接以及灌漿套筒連接、后澆整體式連接等濕式連接，其中抗震性能、耗能能力以及自復(fù)位結(jié)構(gòu)是新型裝配式節(jié)點(diǎn)研究的重要內(nèi)容，部分包覆鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(PEC)也逐漸得到青睞。相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)外應(yīng)用數(shù)值模擬相對(duì)國(guó)內(nèi)比重較小。國(guó)內(nèi)數(shù)值模擬相關(guān)文獻(xiàn)出現(xiàn)的次數(shù)隨著年份的增長(zhǎng)而增多，與試驗(yàn)的結(jié)合也越來(lái)越密切，其準(zhǔn)確性也得到了驗(yàn)證，在以后裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)研究中，數(shù)值模擬必是一大趨勢(shì)。

(3)雖然裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有很大優(yōu)勢(shì)，但其仍存在材料造價(jià)高、施工制作不精細(xì)、設(shè)置單一和技術(shù)型人才缺失等問(wèn)題，如何將節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)制造精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、大眾化以及如何培養(yǎng)技術(shù)型人才都亟待解決。除此之外，當(dāng)前試驗(yàn)方法仍以擬靜力試驗(yàn)為主，擬動(dòng)力試驗(yàn)和地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)雖可進(jìn)一步模擬地震作用，但操作難度大、參數(shù)選取以及模型不夠精確等問(wèn)題也較為嚴(yán)重。

(4)結(jié)合當(dāng)下背景，低碳建筑、被動(dòng)式建筑等已成為發(fā)展趨勢(shì)，而這類建筑在一定程度上依賴于裝配式建筑的發(fā)展?，F(xiàn)有裝配式建筑框架節(jié)點(diǎn)的研究大都針對(duì)其結(jié)構(gòu)性能，往往忽略節(jié)點(diǎn)引起的冷熱橋效應(yīng)，因此如何在保證節(jié)點(diǎn)抗震性能要求的前提下使其擁有良好的熱工性能將成為未來(lái)裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)研究的重點(diǎn)。